巨大単結晶と大容量超高圧発生技術に基くマントル深部のレオロジー

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20224010
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 桂 智男 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 教授 (40260666)
• 研究分担者: 米田 明 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (10262841) ; 山崎 大輔 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (90346693) ; 芳野 極 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (30423338) ; 安東 淳一 広島大学, 大学院・理学研究科, 助教 (50291480) ; 伊藤 英司 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 名誉教授 (00033259)
• キーワード: 珪素自已拡散係数 / 高温高圧 / フォルステライド / ペロフスカイト / 単結晶 / 結晶方位

研究概要

1. 本年度、設備備品として、精密イオンポリッシングシステム(PIPS691)・PIPSコールドステージ・GATAN636試料冷却2軸傾斜ホルダ・試料ホルダ予備排気装置・GATANデジタルマイクログラフソフトウェァを購入し、セットアップを行った。
2. 単結晶フォルステライトの珪素自己拡散係数を圧力3～13GPa、温度1600Kと1800Kで測定じた。単結晶試料の化学組成は、電子線マイクロープローブで調べた限り不純物は検出されない純粋なMg2Si04である。拡散の方向は[100]および[001]である。超高圧高温拡散実験は川井型マルチアンビル装置で行い、拡散プロファイル測定は二次イオン質量分析計で行った。得られた拡散係数は、1600Kでは10^<-20>～10^<-21>m^2s^<-1>、1800Kでは10^<-19>m^2s^<-1>であった。これにより、活性化エネルギーは430kJ/mol、活性化体積は1.3x10^<-6>m^3/molと見積もった。
今回得られた拡散係数は1気圧下での測定結果より2桁以上拡散係数が大きい。これは圧力効果では説明できない。他の研究結果と合わせて総合的に検討すると、拡散実験中に圧力媒体から進入してきた水がフォルステライト結晶中に欠陥を作るためと考えられる。無水条件下で拡散実験をするための特別な技術の開発が必要であることがわかった。
3. 単結晶試料によるMgSi03ペロフスカイトの珪素自己拡散実験を行った。拡散実験は、圧力23GPa、温度1870Kと2070Kで行った。単結晶試料によって得られた珪麦自已拡散係数は、他結晶試料によって得られた珪素自己拡散係数と誤差の範囲で一致する。また、有意な結晶方位依存性は見られない事が分かった。
4. MgSi03ペロフスカイトの変形実験用の単結晶試料を合成し、4軸回折計・EDS付SEMによって結晶性・化学組成・包有物の有無な調べた。単結晶試料は結晶軸方向に垂直な面で研磨した。現在、変形実験用長高圧セルの開発を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] Laboratory Electrical Conductivity Measurement of Mantle Minerals (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshino, T.
  • 雑誌名: Survey of Geophysics. 31 ページ: 163-206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stishovite single crystal growth and application to silicon self-diffusion measurements (2010)
  • 著者名/発表者名: Shatskiy, A., Yamazaki, D., Borzdov, Y., Matsuzaki, T., Litasov, K.D., Cooray, T., Ferot, A., Ito., E ., Katsura, T.
  • 雑誌名: American Mineralogist 95 ページ: 135-143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of water on electrical conductivity of olivine aggregates with implications for electrical structure in the upper mantle 2010. (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshino, T., Matsuzaki, T., Shatskiy, A., Katsura, T.
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 288 ページ: 291-300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and characterization of strontium-calcium phosphate y-Ca3-xSrx(PO4)2(0≦x≦2) (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhai, S.M., Kanzaki, M., Katsura, T., Ito, E.
  • 雑誌名: Materials Chemistry and Physics 120 ページ: 348-350
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new 6-axis apparatus to squeeze the Kawai-cell of sintered diamond cubes (2009)
  • 著者名/発表者名: Ito, E., Katsura, T., Yamazaki, D., Yoneda, A., Tado, M., Ochi, T., Nishibara, E., Nakamura, A.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 174 ページ: 264-269
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of high-pressure phase equilibria of Fe_2O_3 using the Kawai-type apparatus equipped with sintered diamond anvils (2009)
  • 著者名/発表者名: Ito, E., Fukui, H., Katsura.T., Yamazaki, D., Yoshino, T., Aizawa, Y., Kubo, A., Yokoshi, S., Kawabe, K., Zhai, S.-M., Shatskiy, A., Okube, M., Nozawa, A., Funakoshi, K.
  • 雑誌名: American Mineralogists 94 ページ: 205-209
  • 査読あり
• [雑誌論文] 上部マントル主要構成鉱物の電気伝導度 (2009)
  • 著者名/発表者名: 桂智男・芳野極・松崎琢也・ギート=マンティラケ
  • 雑誌名: 岩石鉱物科学 38 ページ: 33-38
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T relations of MgSiO3 perovskite determined by in situ X-ray diffraction using a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura, T., Yokoshi, S., Kawabe, K., Shatskiy, A., Manthilake, M.A.G.M., Zhai, S.-M., Fukui, H., Hegoda.A.C.I.H., Yoshino, Y., Yamazaki, D., Matsuzaki, T., Yoneda, A., Ito, E., Sugita, M., Tomioka, N., Hagiya, K., Nozawa, A., Funakoshi, K
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 36 ページ: L01305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correction to "P-V-T relations of the MgSiO3 perovskite determined by insitu X-ray diffraction using a large-volume high-pressure apparatus" (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura, T., Yokoshi, S., Kawabe, K., Shatskiy, A., Manthilake, M.A.G.M., Zhai, S.-M., Fukui, H., Hegoda.A.C.I.H., Yoshino, Y., Yamazaki, D., Matsuzaki, T., Yoneda, A., Ito, E., Sugita, M., Tomioka, N., Hagiya, K., Nozawa, A., Funakoshi, K
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 36 ページ: L16309
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal expansion of forsterite at high pressures determined by in situ X-ray diffraction : the adiabatic geotherm in the upper mantle (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura, T., Shatskiy, A., Manthilake, M.A.G.M., Zhai, S.-M., Fukui, H., Yamazaki, D., Matsuzaki, T., Yoneda, A., Ito, E., Kuwata, A., Ueda, A., Nozawa, A., Funakoshi, K.,
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 174 ページ: 86-92
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T relations of wadsleyite determined by in situ X-ray diffraction in a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura, T., Shatskiy, A., Manthilake, M.A.G., Zhai, S.M., Fukui, H., Yamazaki, D., Matsuzaki, T., Yoshino, T., Yoneda, A., Ito, E., Sugita, M., Tomioka, N., Kuwata, A., Ueda, A., Tange, Y., Nozawa, A., Funakoshi, K.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 36 ページ: L11307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conductivity of the major upper mantle minerals, a review (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura, T., Yoshino, T., Manthilake, M.A.G.M., Matsuzaki, T.,
  • 雑誌名: Russian Geology and Geophysics 50 ページ: 1139-1145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen incorporation into forsterite in the systems Mg2SiO4-K2Mg(CO3)2-H2O and Mg2SiO4-H2O-C at pressures of 7.5-14.0 GPa (2009)
  • 著者名/発表者名: Litasov, K.D., Shatskiy, A., Palyanov, Yu.N., Sokol, A.G., Katsura, T., Ohtani, E.,
  • 雑誌名: Russian Geology and Geophysics 50 ページ: 1129-1138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water Solubility in Forsterite at 8-14 GPa (2009)
  • 著者名/発表者名: Litasov, K.D., Shatskiy, A.F., Katsura, T., Ohtani, E.
  • 雑誌名: Doklady Earth Sciences 425A ページ: 432-435
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conductivity of wadsleyite as a function of temperature and water content (2009)
  • 著者名/発表者名: Manthilake, M.A.G.M., Matsuzaki, T., Yoshino, T., Yamashita, S., Ito, E., Katsura, T.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 174 ページ: 10-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] The temperature-pressure-volume equation of state of platinum (2009)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M., Ito, E., Katsura, T., Yamazaki, D., Yoshino, T., Yokoyama, A., Funakoshi, K.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 105 ページ: 013505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron-doped diamond heater and its application to large-volume, high-pressure and high-temperature experiments (2009)
  • 著者名/発表者名: Shatskiy, A., Yamazaki, D., Morard, G., Cooray, T., Matsuzaki, T., Higo, Y., Funakoshi, K., Sumiya, H., Ito, E., Katsura, T.,
  • 雑誌名: Review of scientific instruments 80 ページ: 023907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single crystal growth of wadsleyite (2009)
  • 著者名/発表者名: Shatskiy, A., Litasov, K.D., Matsuzaki, T., Shinoda, K., Yamazaki, D., Yoneda, A., Ito, E., Katsura, T.
  • 雑誌名: American Mineralogists 94 ページ: 1130-1136
  • 査読あり
• [雑誌論文] , Electrical conductivity measurements of periclase under high pressure and high temperature,, (2009)
  • 著者名/発表者名: Wu, X.-P., Zhang, B.-H., Xu, J.-S., Katsura, T., Zhai, S.-M., Yoshino, T., Manthilake, G., Shatskiy, A.
  • 雑誌名: Physica B 405 ページ: 53-56
  • 査読あり
• [雑誌論文] Texture of(Mg, Fe)SiO3 perovskite and ferro-periclase aggregate : implications for rheology of the lower mantle (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki, D., Yoshino, T., Matsuzaki, T., Katsura; T., Yoneda, A.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 174 ページ: 138-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of iron content on electrical conductivity of ringwoodite, with implications for electrical structure in the transition zone (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshino, T., Katsura, T.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 174 ページ: 3-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reply to comments on "Electrical conductivity of wadsleyite as a function of temperature and water content" by Manthilake et al (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshino, T., Katsura, T.
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 174 ページ: 22-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Well-wetted olivine grain boundaries in partial molten peridotites in the asthenosphere (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoshino, T., Yamazaki, D., Mibe, K.
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett 283 ページ: 167-173
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heat capacity measurement under high pressure : A finite element method assessment (2009)
  • 著者名/発表者名: Yoneda, A., Osako, M., Ito, E.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter., 174 ページ: 309-314
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trench-parallel anisotropy produced by serpentine deformation in the hy drated mantle wedge (2009)
  • 著者名/発表者名: Katayama, I., Hirauchi, K., Michibayahi K, Ando, J.
  • 雑誌名: Nature 461 ページ: 1114-1117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water content of the mantle xenoliths from Kimberley and implications for explaining textural variations in cratonic roots (2009)
  • 著者名/発表者名: Katayama, I., Michibayashi, K., Terao, R., Ando, J., Komiya, T.
  • 雑誌名: Geological Journal 45 ページ: 1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ordering in double carbonates and implications for processes at subduction zones
  • 著者名/発表者名: Hammouda ; T, Andrault ; D., Koga ; K.T., Katsura, T., Martin, A
  • 雑誌名: Contributions to Mineralogy and Petrology (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure of anhydrous K-phase X, K2.13(Mg1.91Cr0.02)Si2O7 synthesized at 16 GPa and 1700℃
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, T., Hagiya K., Shatskiy, A., Matsui, M., Katsura, T.,
  • 雑誌名: Mineralogical and Petrological Sciences (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] -temperature cartography of Fe-S-Si immiscible system
  • 著者名/発表者名: Morard, G., Katsura, T.
  • 雑誌名: Geochimica et Cosmochimica Acta (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aluminum nitride crystal growth from AIN-AI system at 6.0 GPa and 1800℃
  • 著者名/発表者名: Shatskiy, A., Borzdov, Y.M., Yamazaki, D., Litasov, K.D., Katsura, T., Palyanov, Y.N.
  • 雑誌名: Crystal Growth and Design (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] A peculiar site preference of B in MgA12-xBxO4(x=0.0, 0.11 and 0.13)spinel under high-pressure and high-temperature.
  • 著者名/発表者名: Yoshiasa, A., Ito, T., Sugiyama, K, Nakatsuka, A., Okube, M., Kurosawa, M., Katsura, T.
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Anorganische and Allgemeine Chemie (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shear deformation of dry polycrystalline wadsleyite up to 2100 K at 14-17 GPa using a rotational Drickamer apparatus(RDA
  • 著者名/発表者名: Kawazoe, T., Karato, S., Ando, J., Jing, Z., Otsuka, K, Hustoft JW
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research B (印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] Study of Fe-S-Si immiscible system at high pressure and high temperature : implications for planetary cores (2009)
  • 著者名/発表者名: Morard, G, Sanloup, C, Katsura, T, Guillot, B B, Fiquet, G, Mezouar, M
  • 学会等名: 2009 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco
  • 年月日: 20091111-20091118
• [学会発表] 高圧下でのフォルステライト中のシリコン拡散 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山崎大輔, Chamathni Hegoda, Ralf Dohmen, 圦本尚義, Sumit Chakraborty ; 桂智男
  • 学会等名: 日本鉱物科学会 2010年年会
  • 発表場所: 秋田大学
  • 年月日: 20090908-20090910
• [学会発表] New perovkite compound obtained at high pressure & its implication to the origin of ferromagnetism in ruthenates (2009)
  • 著者名/発表者名: C.Q.Jin, J.S.Zhou, Q.Q.Liu, J.G.Zhao, L.X.Yang, Y.Yu, T.Katsura, E.Itho, J.B.Goodenough
  • 学会等名: Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • 発表場所: Tokyo International Exchange Center, Tokyo
  • 年月日: 20090726-20090731
• [学会発表] Observations of post-perovskite transition in germanate and melting of stishovite by using sintered diamond anvil and boron doped diamond heater in Kawai cell : Toward the generation of extreme P-T condition (2009)
  • 著者名/発表者名: D.Yamazaki, E.Ito, A.Shatskiy, T.Yoshino, T.Katsura, K.Funakoshi
  • 学会等名: Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • 発表場所: Tokyo International Exchange Center, Tokyo
  • 年月日: 20090726-20090731
• [学会発表] P-V-T relations of MgSiO3 perovskite determined by in situ X-ray difraction using a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Katsura, S.Yokoshi, K.Kawabe, A.Shatskiy, G.Manthilake, S.Zhai, H.Fukui, T.Yoshino, D.Yamazaki, T.Matsuzaki, A.Yoneda, E.Ito, N.Tomioka, K.Hagiya, A.Nozawa, K.Funakoshi
  • 学会等名: Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • 発表場所: Tokyo International Exchange Center, Tokyo
  • 年月日: 20090726-20090731
• [学会発表] No interconnection of ferro-periclase in post-spinel phase inferred from conductivity measurement (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshino, D.Yamazaki, E.Ito, T.Katsura
  • 学会等名: Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • 発表場所: Tokyo International Exchange Center, Tokyo
  • 年月日: 20090726-20090731
• [学会発表] HPHT heavily boron doped diamond : electrical conductivity, X-ray, and Raman characterization (2009)
  • 著者名/発表者名: A.Shatskiy, T.Matsuzaki, D.Yamazaki, E.Ito, T.Katsura
  • 学会等名: Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • 発表場所: Tokyo International Exchange Center, Tokyo
  • 年月日: 20090726-20090731
• [学会発表] A New 6-axis Apparatus to Squeeze the Kawai-Cell of Sintered Diamond Cubes (2009)
  • 著者名/発表者名: E.Ito, T.Katsura, D.Yamazaki, A.Yoneda, M.Tado, T.Ochi, E.Nishibara, A.Nakamura
  • 学会等名: Joint AIRAPT-22 & HPCJ-50
  • 発表場所: Tokyo International Exchange Center, Tokyo
  • 年月日: 20090726-20090731
• [学会発表] Electrical Conductivity of Partially Molten Peridotite Analogue Under Shear (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Katsura ; M.A.Geeth M.Manthilake ; Takuya Matsuzaki ; Takashi Yoshino ; Akira Yoneda ; Daisuke Yamazaki ; Eiji Ito
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] The effect of water on the electrical conductivity of olivine aggregates (2009)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yoshino ; Takuya Matsuzaki ; Tomoo Katsura
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] P-V-T relations of MgSiO3 perovskite determined by in situ X-ray diffraction using a large-volume high-pressure apparatus (2009)
  • 著者名/発表者名: Katsura, T., Yokoshi, S., Kawabe, K., Shatskiy, A., Manthilake, M.A.G.M., Zhai, S.-M., Fukui, H., Yoshino, Y., Yamazaki, D., Matsuzaki, T., Yoneda, A., Ito, E., Hagiya, K., Nozawa, A., Funakoshi, K.
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] 岩石内電気伝導ネットワークモデルの構築にむけて (2009)
  • 著者名/発表者名: 藤田清士 ; 関雅幸 ; 桂智男 ; 市來雅啓
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] X線非弾性散乱を用いた高圧下におけるフェロペリクレイスの弾性定数の決定 (2009)
  • 著者名/発表者名: 福井宏之 ; 松崎琢也 ; 桂智男 ; Baron Alfred
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] Resonant Ultrasound Spectroscopy measurements of High Pressure Minerals : Synthesis and measurement of stishovite single crystal (2009)
  • 著者名/発表者名: Joseph Titus COORAY ; Akira Yoneda
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] Thermal properties of talc under high pressure (2009)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhide Yonehara ; Masahiro Osako ; Eiji Ito ; Akira Yoneda
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] 有限要素法による扁平空孔系の巨視的弾性解析とクラック効果への応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 米田明
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] Compressional and Shear Wave Velocities of an Antigorite Rock at 1 GPa up to 550C (2009)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Yano ; Tohru Watanabe ; Akira Yoneda
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] The role of ferro-periclase in the lower mantle (2009)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Yamazaki
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] アンチゴライト蛇紋岩の塑性変形特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 安東淳一 ; 寺田優希子 ; 大藤弘明 ; 片山郁夫
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] 沈み込み帯での強い地震波異方性は蛇紋岩による? (2009)
  • 著者名/発表者名: 片山郁夫 ; 平内健一 ; 道林克禎 ; 安東淳一
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528
• [学会発表] マントルウェッジ条件での蛇紋岩の勇断変形実験 (2009)
  • 著者名/発表者名: 片山郁夫 ; 平内健一 ; 安東淳一
  • 学会等名: JPGU Meeting 2009
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20090523-20090528